UNIVERSIDAD TÉCNICA DEL NORTE FACULTAD DE INGENIERÍA EN CIENCIAS APLICADAS CARRERA DE INGENIERÍA EN MECATRÓNICA TRABAJO DE GRADO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO EN MECATRÓNICA TEMA: MÓDULO DIDÁCTICO GOBERNADO POR PLC PARA CLASIFICACIÓN POR COLOR Y ESTAMPADO CONTINÚO DE PIEZAS MECANIZADAS PARA EL LABORATORIO DE MECATRÓNICA DE LA FICA. AUTOR: Carlos Andrés Chávez Melo DIRECTOR: Ing. Gabriela Verdezoto Ibarra – Ecuador 2014
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UNIVERSIDAD TÉCNICA DEL NORTE
FACULTAD DE INGENIERÍA EN CIENCIAS APLICADAS
CARRERA DE INGENIERÍA EN MECATRÓNICA
TRABAJO DE GRADO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE
INGENIERO EN MECATRÓNICA
TEMA:
MÓDULO DIDÁCTICO GOBERNADO POR PLC PARA CLASIFICACIÓN POR COLOR Y ESTAMPADO CONTINÚO DE
PIEZAS MECANIZADAS PARA EL LABORATORIO DE MECATRÓNICA DE LA FICA.
AUTOR: Carlos Andrés Chávez Melo
DIRECTOR: Ing. Gabriela Verdezoto
Ibarra – Ecuador
2014
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UNIVERSIDAD TÉCNICA DEL NORTE
BIBLIOTECA UNIVERSITARIA
AUTORIZACIÓN DE USO Y PUBLICACIÓN
A FAVOR DE LA UNIVERSIDAD TÉCNICA DEL NORTE
1. IDENTIFICACIÓN DE LA OBRA
La Universidad Técnica del Norte dentro del proyecto Repositorio Digital Institucional, determinó la necesidad de disponer de textos completos en formato digital con la finalidad de apoyar loa procesos de investigación, docencia y extensión de la universidad.
Por medio del presente documento dejo sentada mi voluntad de participar en este proyecto, para lo cual pongo a disposición la siguiente información.
DATOS DEL CONTACTO CEDULA DE IDENTIDAD 100263808-6 APELLIDOS Y NOMBRES Chávez Melo Carlos Andrés DIRECCIÓN Sucre 370 y Segundo Luis moreno E-MAIL [email protected] TELÉFONO FIJO 06-2915-457 TELÉFONO
MÓVIL 09-98687603
DATOS DE LA OBRA
Título MÓDULO DIDÁCTICO GOBERNADO POR PLC PARA CLASIFICACIÓN POR COLOR Y ESTAMPADO CONTINÚO DE
PIEZAS MECANIZADAS PARA EL LABORATORIO DE MECATRÓNICA DE LA FICA.
Autor Chávez Melo Carlos Andrés Fecha 2014-02-24 Programa X PREGRADO POSTGRADO TÍTULO POR EL QUE OPTA
INGENIERO EN MECATRÓNICA
ASESOR / DIRECTOR
ING. GABRIELA VERDEZOTO
2. AUTORIZACIÓN DE USO A FAVOR DE LA UNIVERSIDAD
Yo, Carlos Andrés Chávez Melo con cédula de identidad Nro. 1002638086, en calidad de autor y titular de los derechos patrimoniales del trabajo de grado descrito anteriormente, hago entrega del ejemplar respectivo en formato digital y autorizo a la Universidad Técnica del Norte, la publicación de la obra en el Repositorio Digital Institucional y uso del archivo digital en la biblioteca de la Universidad con fines académicos, para ampliar la disponibilidad del material y como apoyo a la educación, investigación y extensión; en concordancia con la Ley de Educación Superior Artículo 144.
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AGRADECIMIENTO
Sobre todo agradezco a aquel ser Supremo que me ha obsequiado la
oportunidad de llegar al mundo así también las capacidades mentales
y físicas como herramientas para lograr enfrentar los desafíos y
aceptar los retos exitosamente en todos los aspectos de mi vida y
también por situarme en un hogar bien formado lo que ha influido
positivamente en mí.
Así también agradezco de todo corazón a los “MEJORES AMIGOS”;
mis Papás que se han constituido en un fabuloso e irremplazable
respaldo en todo momento a la vez que con su esfuerzo, sacrificio e
inagotable cariño y paciencia me ha sabido guiar por el camino de la
vida y me ha enseñado a luchar por mis ideales y principios.
Un eterno y especial agradecimiento a mis abuelitos por enseñarme el
valor del trabajo y esfuerzo, que aunque físicamente no estén siempre
van a estar en lo más profundo de mi corazón y mis pensamientos
siendo la luz de mi camino.
Tengo que agradecer también a mi hermana Fernanda por haberme
inundado de cariño, respeto, consideración y por su apoyo invalorable;
así de igual manera mis demás hermanos por haber puesto siempre
su confianza en mí.
De la misma manera a mis amigos aunque escasos pero verdaderos
que de una u otra forma han estado siempre en todo momento.
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DEDICATORIA
Todo el esfuerzo aquí plasmado en el presente trabajo va dedicado a
quienes me ha apoyado directa o indirectamente; especialmente a mis
papás E. Patricio Chávez y Azucena Melo, mis abuelitos Humberto
Chávez y Angelina Proaño, mis hermanos y amigos especialmente a
mi entrañable amigo PhD. Darrell Stokes.
Para ellos quienes constituyen el principal motor de mi inspiración…
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ÍNDICE GENERAL CERTIFICACIÓN .................................................................. ¡Error! Marcador no definido.
AGRADECIMIENTO ............................................................................................................. v
DEDICATORIA ................................................................................................................... vii
ÍNDICE DE FIGURAS: ........................................................................................................ xi
ÍNDICE DE TABLAS: .......................................................................................................... xii
ÍNDICE DE ECUACIONES: ................................................................................................ xiii
ÍNDICE DE ANEXOS: ........................................................................................................ xiii
LISTADO DE SIGLAS ....................................................................................................... xiv
RESUMEN .......................................................................................................................... xv
ABSTRACT ....................................................................................................................... xvi
PRESENTACIÓN .............................................................................................................. xvii
ÍNDICE DE FIGURAS: Figura 1: Diagrama conceptual de aplicación PLC..................................................................... 2 Figura 2: Aspecto físico del PLC ................................................................................................ 3 Figura 3: Banda trasportadora plana .......................................................................................... 6 Figura 4: Tipos de compresores ............................................................................................... 11 Figura 5: Filtro estándar ........................................................................................................... 13 Figura 6: Regulador estándar ................................................................................................... 13 Figura 7: Lubricador proporcional ............................................................................................. 14 Figura 8: Constitución de cilindro de doble efecto .................................................................... 15 Figura 9: Representación de válvulas distribuidoras ................................................................ 18 Figura 10: Esquemático de sensor fotoeléctrico....................................................................... 19 Figura 11: Funcionamiento de sensor Reed............................................................................. 20 Figura 12: Sensor REED .......................................................................................................... 20 Figura 13: Bloques de función general ..................................................................................... 23 Figura 14: Bloques de funciones especiales ............................................................................ 24 Figura 15: Bloques E/S ............................................................................................................. 24 Figura 16: Entorno de programación ........................................................................................ 25 Figura 17: Menú desplegado de instrucción “Controller”. ......................................................... 26 Figura 18: Menú desplegado de instrucción “Com”. ................................................................. 27 Figura 19: Menú desplegado de instrucción “Option”. .............................................................. 28 Figura 20: Comando “Link Tool” ............................................................................................... 29 Figura 21 : Conexión de bloques. ............................................................................................. 30 Figura 22: Comando “Simulación” ............................................................................................ 30 Figura 23: Comando “go online” ............................................................................................... 30 Figura 24: Configuración de puerto para programar ................................................................ 31 Figura 25: Cable de transmisión de datos ................................................................................ 32 Figura 26: HMI (interfaz hombre- máquina).............................................................................. 33 Figura 27: Perfil de Acero inoxidable ........................................................................................ 35 Figura 28: Esquema de banda trasportadora (Vista isométrica) .............................................. 36 Figura 29: Fuerzas que intervienen en el eje motriz de banda trasportadora .......................... 36 Figura 30: Diagramas de cortes y momentos XY ..................................................................... 39 Figura 31: Diagramas de cortes y momentos XZ ..................................................................... 40 Figura 32: Tensores ................................................................................................................. 42 Figura 33: Tornillos de ajuste de templado .............................................................................. 43 Figura 34: Cinta transportadora ................................................................................................ 43 Figura 35: Datos técnicos nylon bondeado .............................................................................. 44 Figura 36: tabla de valores de vida nominal para rodamientos ................................................ 45 Figura 37: Rodamientos de bolas ............................................................................................. 46 Figura 38: Motor 24 VDC .......................................................................................................... 47 Figura 39: Cilindro 12x60mm ................................................................................................... 50 Figura 40: Cilindro 16x25mm ................................................................................................... 53 Figura 41: Cilindro 12x100mm ................................................................................................. 55 Figura 42: Válvula 5/2 ............................................................................................................... 57 Figura 43: Regulador de caudal ............................................................................................... 58 Figura 44: Conector recto ......................................................................................................... 59 Figura 45: Silenciadores ........................................................................................................... 60 Figura 46: Pie de sujeción ........................................................................................................ 60
xii
Figura 47: Tubería .................................................................................................................... 61 Figura 48: UTM con manómetro ............................................................................................... 62 Figura 49: Esquema neumático de mando del módulo. ........................................................... 64 Figura 50: PLC ......................................................................................................................... 68 Figura 51: Fuente de alimentación ........................................................................................... 71 Figura 52: Flujograma .............................................................................................................. 72 Figura 53: Diagrama de pasos ................................................................................................. 73 Figura 54: Esquema electroneumático ..................................................................................... 74 Figura 55: Esquemático de sensor de presencia ..................................................................... 75 Figura 56: esquemático de control de velocidad ...................................................................... 77 Figura 57: esquema de panel de control .................................................................................. 79 Figura 58: Esquema dosificador de piezas .............................................................................. 81 Figura 59: Esquema estampador ............................................................................................. 83 Figura 60: Esquema clasificador .............................................................................................. 84 Figura 61: esquema banda transportadora .............................................................................. 86 Figura 62: Vista Inferior de acople motor-rodillo ....................................................................... 87 Figura 63: Rodillos Tensores .................................................................................................... 88 Figura 64: Tensor de cinta Transportadora .............................................................................. 88 Figura 65: Cinta montada en estructura ................................................................................... 89 Figura 66: Montaje total ............................................................................................................ 89 Figura 67: Visualización de elementos en panel de control ................................................... 101 Figura 68: Esquema de conexión E/S del PLC ...................................................................... 103 Figura 69: Mando manual ....................................................................................................... 105
ÍNDICE DE TABLAS: Tabla 1: Partes constitutivas de cilindro ............................................................................. 15 Tabla 2: Tamaños normalizados de cilindros y longitudes de carreras. ............................. 16 Tabla 3: Funciones de menú “Controller”. .......................................................................... 26 Tabla 4: Funciones de menú “Com”. .................................................................................. 27 Tabla 5: Funciones de menú “Option”. ............................................................................... 28 Tabla 6: Comparativo de cilindros normalizados. ............................................................... 49 Tabla 7: Datos Técnicos Cilindro 1.0 .................................................................................. 50 Tabla 8: Comparativo 3 de cilindros normalizados ............................................................. 52 Tabla 9: Datos técnicos de Cilindro 2.0 .............................................................................. 52 Tabla 10: Comparativo 2 de cilindros normalizados ........................................................... 54 Tabla 11: Datos técnicos de cilindro 3.0 ............................................................................. 54 Tabla 12: Datos técnicos de electroválvula ........................................................................ 56 Tabla 13: Datos técnicos Regulador de caudal. ................................................................. 57 Tabla 14: Datos Técnicos conectores rectos...................................................................... 58 Tabla 15: Datos Técnicos Silenciadores ............................................................................ 59 Tabla 16: Datos técnicos Pies de sujeción ......................................................................... 60 Tabla 17: Datos técnicos tubería ........................................................................................ 61 Tabla 18: Datos técnicos unidad FR................................................................................... 62 Tabla 19: Caídas de presión del sistema ........................................................................... 63 Tabla 20: Identificación de entradas y salidas .................................................................... 65
xiii
Tabla 21: Datos Técnicos PLC ........................................................................................... 68 Tabla 22: Datos técnicos de fuente de alimentación .......................................................... 70 Tabla 23: Consumo de potencia del módulo ...................................................................... 71 Tabla 24: Determinación de elementos de panel de control .............................................. 78 Tabla 25: Elementos necesarios para la etapa de Clasificación ........................................ 80 Tabla 26: Elementos usados en la etapa de estampado de piezas ................................... 82 Tabla 27: Elementos necesarios para la etapa de Clasificación ........................................ 83 Tabla 28: Material usado en la banda trasportadora. ......................................................... 84 Tabla 29: Prueba actuadores ............................................................................................. 90 Tabla 30: Resultados de sensores ..................................................................................... 91 Tabla 31: AJUSTE DE REGULADORES DE CAUDAL ...................................................... 93 Tabla 32: Lista de elementos de panel de control ............................................................ 100 Tabla 33: Plan de mantenimiento preventivo de cilindros ................................................ 106 Tabla 34: Plan de mantenimiento preventivo de válvulas direccionales .......................... 108 Tabla 35: Plan de mantenimiento preventivo de la unidad de mantenimiento FR ........... 109 Tabla 36: Mantenimiento de banda transportadora .......................................................... 110
ÍNDICE DE ECUACIONES: Ecuación 1: Calculo de potencia ........................................................................................ 37 Ecuación 2: Relación torque velocidad de giro ................................................................... 38 Ecuación 3: Torque ............................................................................................................ 38 Ecuación 4: Esfuerzo cortante torsional ............................................................................. 41 Ecuación 5: Momento de inercia ........................................................................................ 41 Ecuación 6: Factor de seguridad ........................................................................................ 41 Ecuación 7: Resistencia de costura ................................................................................... 44 Ecuación 8: carga de rodamiento ....................................................................................... 46 Ecuación 9: Volumen de un cubo ....................................................................................... 48 Ecuación 10: Peso .............................................................................................................. 48 Ecuación 11: Fuerza rozamiento ........................................................................................ 49 Ecuación 12: Consumo de aire en cilindros ....................................................................... 51 Ecuación 13: Presión requerida ......................................................................................... 63 Ecuación 14: Sumatoria de caudal ..................................................................................... 64 Ecuación 15: Ley de Ohm .................................................................................................. 74 Ecuación 16: Frecuencia PWM .......................................................................................... 77
ÍNDICE DE ANEXOS: ANEXO A: GUIA DE USUARIO.......................................................................................... 99 ANEXO B : DATOS TÉCNICOS DE CILINDROS NEUMÁTICOS ................................... 112 ANEXO C: DATOS DE RODAMIENTOS SELECCIONADOS ......................................... 114 ANEXO D: CARACTERÍSTICAS DE ACERO INOXIDABLE 304 .................................... 116 ANEXO E: CONEXIONADO ELECTRICO ....................................................................... 118 ANEXO F: PROGRAMACION PLC .................................................................................. 119 ANEXO G: CIRCUITOS IMPRESOS ................................................................................ 120 ANEXO H: PLANOS MECÁNICOS .................................................................................. 122
xiv
LISTADO DE SIGLAS
FBD: del inglés FUNCTION BLOCK DIAGRAM (Diagrama de bloques
funcionales). Lenguaje de programación para PLC.
HMI: del inglés HUMAN MACHINE INTEFACE (Interface hombre-máquina).
IEC: Comisión Electrotécnica Internacional.
IEEE: Instituto de ingenieros eléctricos y electrónicos.
MOSFET: Metal Oxide Semi conductor Field Efect Transistor
Las principales aplicaciones del reedswitch son en los lugares que tengan las
siguientes características:
• Un entorno muy sucio hace que la solicitación para un detector mecánico
sea muy elevada.
• El lugar físico para instalar otro tipo de detectores es muy reducido.
21
CAPÍTULO 2
PROGRAMACIÓN DEL PLC
En este capítulo se encuentra una breve introducción hacia el manejo del software
del PLC; para facilitar su programación.
2.2 LA NORMA IEC 1131-3 A medida que aumentan los requerimientos del PLC en cuanto al uso de sus
funcionalidades de cuerdo a la dificultad alguna aplicación específica; su
correspondiente programación se vuelve un tanto complicada, además que cada
fabricante tiene su conjunto de instrucciones se ha visto la necesidad de
estandarizar y simplificar los diferentes tipos de programación de estos
mencionados dispositivos, es entonces que hace la aparición del estándar IEC
113 que en un principio fue un intento de crear un tipo de PLC estándar que sea
compatible.
“La norma IEC 1131-3 define dos lenguajes gráficos y dos basados en texto para
su uso en la programación de PLC. Los lenguajes gráficos utilizan símbolos para
programar las instrucciones de control, mientras que los lenguajes basados en
texto utilizan cadenas de caracteres para programar las instrucciones.
Lenguajes gráficos
• diagramas de escalera (LD )
• Diagrama de funciones (FBD)
Lenguajes basados en texto
• Lista de instrucciones ( IL )
• Texto estructurado (ST )
Además, la norma IEC 1131-3 incluye un tipo de programación orientada a
objetos llamada diagramas de bloques funcionales secuenciales (SFC). El SFC es
a veces clasificado como un lenguaje IEC 1131-3, pero en realidad es una
estructura de la organización que en realidad combina cuatro lenguajes de
programación de la norma (es decir, LD, FBD, IL y ST).
22
La estructura SFC tiene sus raíces en la temprana norma francesa de Grafcet
(IEC 848).
En la norma IEC 1131-3 el método de bloques de programación gráfico orientada
a objetos, aumenta la flexibilidad de resolución de problemas de programación de
los PLC. Ya que permite a las secciones de un programa para ser agrupados
como tareas individualmente, que luego pueden ser fácilmente interconectados
con el resto del programa. Por lo tanto, un programa completo IEC 1131-3 puede
estar formada por muchos programas de tareas pequeñas representadas dentro
de los bloques gráficos SFC. La combinación de idiomas disponibles en la norma
IEC 1131-3 también aumenta PLC programación y resolución de problemas,
proporcionando no sólo una mejor programación lenguaje, sino también un mejor
método para implementar soluciones de control.” (Bryan & Bryan, 1997. p.375-
376. Traducido por el autor)
2.3 CARACTERÍSTICAS DEL SOFTWARE
Este Software tiene en un entorno de desarrollo gráfico para crear, configurar y
mantener aplicaciones para autómatas programables específicamente de la
marca Array Electronic, dichos programas que luego serán transferidos como
aplicaciones para su posterior lectura y ejecución por parte del autómata.
El lenguaje utilizado por este entorno es el denominado FBD o Diagrama de
bloques funcionales, el cual usa operaciones lógicas booleanas y otros bloques
que tienen como funciones tales como: relés “on delay” y “off-delay” (retardos a la
activación y desactivación respectivamente), marcas de verificación de estado, memorias de transición o conmutación, contadores, timers, entre otras funciones
que se describirán a lo largo en este capitulo
El Súper CAD es un programa gratuito que está basado en el sistema operativo
Windows de 32 bits en un PC que posea los sistemas Microsoft Windows XP
Service Pack 3, Microsoft Windows Vista y Windows 7 Profesional. Cabe destacar
que para el uso de este software en sistemas operativos como lo son Windows
Vista o 7 es necesario descargar la versión disponible en la página web oficial de
ARRAY.
23
Super Cad permite descargar y cargar programas mediante la utilización del
puerto USB de la PC y permite la operación de supervisión en tiempo real del
programa en cuestión.
Como se mencionó anteriormente para la programación específica para este PLC
(SR-22MRDC) se basa en el uso de bloques de función pudiendo ser:
2.3.1 Bloques de Función general (GF)
Figura 13: Bloques de función general
Fuente: SR Manual II parte pág. 31
24
2.3.2 Bloques de Funciones Específicas:
Figura 14: Bloques de funciones especiales
Fuente: SR Manual II parte pág.3
2.3.3 Bloques de E/S:
Figura 15: Bloques E/S
25
Fuente: SR Manual II parte pág.32
El entorno de programación del software se muestra en la siguiente ilustración; en
si consta básicamente de un área de trabajo y las barras de comandos en la parte
superior además de la barra de bloques funcionales ubicada en la parte derecha
de la ventana:
Figura 16: Entorno de programación
Fuente: El Autor
2.4 FUNCIONES PRINCIPALES DEL SOFTWARE SUPER CAD
2.4.1 FUNCIÓN DE EDICIÓN
Aquí se realiza tanto la programación mediante bloques de función así como su
manipulación y operaciones con archivos tales como guardar, imprimir, etc.
2.4.2 FUNCIÓN DE SIMULACIÓN
Después de que el programa en cuestión se edita, se puede ver el resultado de la
operación del programa en el ordenador y en lo posterior comprobar si dicho
programa se ajusta a los requerimientos de control. También el Software
proporciona una función de prueba fuera de línea “off-line”, a través del cual se
puede depurar el programa sin necesidad de instalar el SR (Super Relay) en el
sitio.
26
2.4.3 MONITOREO EN TIEMPO REAL
Con esta opción se puede ver el proceso de control del sistema y las condiciones
de funcionamiento de todos los SR; también lo conectados por mando a
distancia, esta función se la realiza conectando el puerto de comunicaciones del
SR al ordenador.
Cuando se utiliza Super CAD para editar los programas de SR, algunas
operaciones básicas como son la gestión de archivos, apertura y cierre de la barra
de herramientas y barra de estado el acceso a la información de ayuda se
completan con el uso del menú desplegable en Archivo, Controlador,
Comunicación, Ver, Opciones y Ayuda.
A continuación se describirá brevemente solo las características importantes ya
que la información complementaria de las características se encuentra en el
manual.
2.4.4 INSTRUCCIÓN “Controller”
Con esta instrucción se puede leer o escribir el programa del SR, así también
iniciar el diagnostico de conexión y simular. El menú desplegable se muestra:
Figura 17: Menú desplegado de instrucción “Controller”.
Fuente: El Autor
Tabla 3: Funciones de menú “Controller”.
Nombre de Instrucción Función
27
PC->SR Escribe el programa al SR.
SR->PC Lee el programa del SR
Diagnosis of SR Diagnostica la comunicación
Simulation Simula el programa
Fuente: Part II SR Programming Software Super CAD pág.13
2.4.5 INSTRUCCIÓN “Com”
Esta instrucción se usa para configurar la comunicación en línea del PC con el
SR.
Figura 18: Menú desplegado de instrucción “Com”.
Fuente: El Autor
Tabla 4: Funciones de menú “Com”.
Nre. De Instrucción Función
Configuration Selección del modo de comunicación y configuración de puerto
de comunicación.
Disconnect Line Si no es necesaria la conexión con un PC superior (solo para
serie FAB).
Fuente: Part II SR Programming Software Super CAD pág.15
28
2.4.6 INSTRUCCIÓN “Option”
Esta instrucción se usa para configurar la apariencia del entorno de programación.
Figura 19: Menú desplegado de instrucción “Option”.
Fuente: El Autor
Tabla 5: Funciones de menú “Option”.
Nombre de Instrucción Función
Set Wire Color Cambia el color del cable de conexión
Set Grid Color Cambia el color de la cuadricula.
Set BackGround Color Cambia el color de fondo de ventana
Set Frame Window BK-Color Cambia el color de fondo de bloques
Load Default Color Config Vuelve a configuración de default.
Modify System Config Configura opciones de hardware
Set Analog parameters Configura valores análogos de entradas
Set SR’s Time Modifica el reloj interno del SR
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Set password Configura clave
Sound Record Graba sonidos
Set Window Size Configura tamaño de ventana
Set Footer Information Configura valores de impresión
Set Company Flag Configura logotipo
File Password Protected Configura valores de clave
Fuente: Part II SR Programming Software Super CAD pág.14
Para el uso de cualquiera de los bloques ya sea de Entradas/Salidas o de función
especial basta con arrastrarlos con el “mouse” desde el menú rápido de bloques
funcionales ubicado en la parte derecha de la pantalla hacia el campo de
programación para su posterior conexión entre bloques; también es posible
configurar las características de cualquier bloque haciendo doble “clic” sobre el
bloque que se desea configurar.
Para la interconexión de los bloques funcionales utilizados se usa la herramienta
“Link Tool” que se encuentra en la parte superior de la ventana principal y tiene el
siguiente aspecto:
Figura 20: Comando “Link Tool”
Fuente: El Autor
Al desplazarse sobre los bloques funcionales el cursor cambiara de forma para
proceder a conectar los bloques.
30
Figura 21 : Conexión de bloques.
Fuente: El Autor
Para simulación luego se debe hacer clic en el la figura del comando “Simulación”
y a continuación en las entradas para según el diseño simular las respectivas
señales de entrada al PLC SR (Super Relay).
Figura 22: Comando “Simulación”
Fuente: El Autor
Para la posterior grabación del programa en el PLC se procede a hacer clic en el
comando GO ONLINE como se muestra en la siguiente figura.
Figura 23: Comando “go online”
31
Fuente: El Autor
Luego de hacer “clic” en el comando GO ONLINE aparece el siguiente menú
como se muestra en la siguiente figura en el cual se configura la opción del puerto
al cual está conectado el autómata (PLC SR).Por default aparece en el COM 1;
así.
Figura 24: Configuración de puerto para programar
Fuente: El Autor
2.4.7 Cable de transmisión de datos SR
El cable de transmisión de datos SR-DUSB es el dispositivo que sirve para grabar
el programa realizado desde el programa SUPERCAD hacia el PLC.
El dispositivo SR-DUSB conecta al controlador SR a un puerto USB de la PC.
Su función es convertir y adaptar los niveles de voltaje entre el estándar USB del
PC y el estándar RS-485 del autómata.
32
Figura 25: Cable de transmisión de datos
Fuente: El Autor
2.4.8 HMI interfaz hombre máquina SR
La HMI del PLC, dispone de una pantalla alfanumérica LCD donde se puede
visualizar y modificar la hora, así también los estados de las entradas y salidas y
mensajes. Además de lo antes expuesto se tiene hasta 64 pantallas definidas por
el usuario para usarlos como simples mensajes, advertencias o fallos. También
tiene 8 botones de los cuales 4 son teclas de función y las 4 restantes son teclas
de dirección o cursores para poder desplazarse hacia los menús o mensajes:
• Pantalla 4 filas x 10 caracteres alfanuméricos LCD
• 8 entradas de teclado (dirección de desplazamiento, +, -, ESC, OK)
• Hasta 64 pantallas de visualización definidas por el usuario
• Mostrar los valores de los temporizadores / contadores
• Modificar los valores de funcionamiento
• Opciones de montaje remoto (EHC)
La unidad se puede conectar directamente al controlador SR PLC o montado de
forma remota como es el caso mediante el SR-EHC kit de montaje remoto.
33
Figura 26: HMI (interfaz hombre- máquina)
Fuente: El Autor
34
CAPÍTULO 3
SELECCIÓN DE ELEMENTOS Y CONSTRUCCIÓN DEL PROTOTIPO
En este capítulo se analizaran los cálculos tanto mecánicos y electro neumáticos
concernientes a los elementos del presente módulo didáctico.
3.1 DESCRIPCIÓN DEL MÓDULO
El presente módulo didáctico gobernado por PLC para clasificación por color
(Blanco-Negro) y estampado continuo de piezas mecanizadas aquí propuesto
tendrá su efectiva automatización mediante el uso en conjunto del PLC
(Controlador Lógico Programable), el aire comprimido para dar movimiento a los
actuadores (cilindros de doble efecto); estableciéndose que cada cilindro estará
encargado de ejercer un determinado recorrido en un tiempo específico según su
función. Este módulo dispondrá de 3 cilindros neumáticos; tal número responde al
tipo de funciones del módulo siendo estas: como primera la dosificación de piezas
luego el estampado de estas y la posterior clasificación; además por último y no
menos importante todo el proceso de circulación de las piezas mediante una
banda trasportadora.
Para el control del módulo didáctico se lo dotara de la capacidad de funcionar en
2 modalidades según las necesidades del operario pudiendo ser en modo
automático o manual así como también de un botón de paro de emergencia.
3.2 DIMENSIONAMIENTO DE ELEMENTOS DE BANDA
TRASPORTADORA
3.2.1 ESTRUCTURA BANDA TRASPORTADORA
Una estructura es un grupo de elementos básicos que constituyen el cuerpo de la
maquina; de esta manera aquí se presenta como el primer eslabón de la cadena
cinemática en donde se ubican los demás elementos que ejecutan movimientos.
35
Se ha elegido para la estructura de la banda trasportadora el perfil tipo C
construido de acero inoxidable AISI 304 de 1.5 mm de espesor; como se muestra
en la siguiente ilustración (medidas en milímetros).
Este acero es uno de los más usados por su versatilidad y su resistencia; tiene
buenas características para la soldadura además de tener excelente resistencia a
la corrosión.
Las características mecánicas de este tipo de acero son:
Resistencia a la fluencia 310 Mpa (45 KSI)
Resistencia máxima 620 Mpa (90 KSI)
Elongación 30 % (en 50mm)
Módulo de elasticidad 200 Gpa (29000 KSI)
Figura 27: Perfil de Acero inoxidable
Fuente: El autor
El esquema de la banda tendrá será; como se muestra en la siguiente ilustración.
36
Figura 28: Esquema de banda trasportadora (Vista isométrica)
Fuente: El autor
3.2.2 ANÁLISIS EJE MOTOR
Primeramente se identifica todas las fuerzas que están influyendo en el eje motriz
de la banda trasportadora. Estas fuerzas se identifican en la siguiente figura
Figura 29: Fuerzas que intervienen en el eje motriz de banda trasportadora
Fuente: El autor
37
Entendiéndose que la fuerza F corresponde a la fuerza que ejerce el motor en el
eje, la F2 es la fuerza correspondiente a la tensión que se transmite a través del
rodillo, P es el peso del rodillo que actúa directamente sobre este y por ultimo r1z,
r2z, r1y, r2y son reacciones correspondientes a rodamientos; para mejor
entendimiento de cómo está construido este elemento referirse al ANEXO H
(plano 2).
De la misma manera se determina que: se dispone de un motor eléctrico de 24
[VDC] que consume una corriente de 2 [A]. También tenemos que con el control
de velocidad el eje que transmite el par motor gira a 80 [rpm]; Entonces la
potencia del motor será:
Dónde:
• V Voltaje de motor en Voltios
• I Corriente de motor con carga en Amperios
• P Potencia en Vatios
Ecuación 1: Calculo de potencia
𝑃 = 𝑉 × 𝐼
𝑃 = 24 × 2
𝑃 = 48[𝑊]
Luego:
• P potencia en vatios [𝑊]
• 𝜏 Torque [𝑁.𝑚]
• n velocidad de giro [𝑟𝑎𝑑/𝑠]
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Ecuación 2: Relación torque velocidad de giro
𝑃 = 𝜏 × 𝑛
𝜏 = 48 8.4⁄
𝜏 = 5.71[𝑁.𝑚]
Al ser necesaria la fuerza que se transfiere del engrane del motor al eje en la
entrada se tiene que:
• 𝜏 Torque [𝑁.𝑚]
• F Fuerza [𝑁]
• r Distancia [𝑚]
Ecuación 3: Torque
𝜏 = 𝐹 × 𝑟
𝐹 =5.710.03
𝐹 = 190[𝑁]
Que en este caso corresponde a la fuerza de tensión de la cinta trasportadora ya
que la fuerza se trasmite a través del rodillo.
Luego se analiza las reacciones que están tanto en el eje XY como en el XZ
Ahora bien con estos datos se procede a graficar los diagramas de cortes y
momentos y se tiene que:
39
Figura 30: Diagramas de cortes y momentos XY
Fuente: El autor
40
Figura 31: Diagramas de cortes y momentos XZ
Fuente: El autor
Como conclusión de la anterior ilustración se tiene que el máximo esfuerzo está
presente en el eje XZ.
41
Para calcular el esfuerzo cortante torsional
Ecuación 4: Esfuerzo cortante torsional
𝜎𝑚𝑎𝑥 = 𝑀𝑐 𝐼⁄
Donde
• 𝑐 es radio de la superficie extrema del eje
• 𝐼 Momento polar de inercia
Entonces se cómo se calculó anteriormente los datos T=5.71 [Nm] y se tiene un
eje de c= 13[mm]
Se calcula el momento polar de inercia:
Ecuación 5: Momento de inercia
𝐼 = 𝜋𝐷4 64⁄
𝐼 = 𝜋134 64⁄
𝐼 = 1402[𝑚𝑚4]
Pasando estos datos a la ecuación 4 se tiene que:
𝜎𝑚𝑎𝑥 = (65.202) + (114002) × (6.5) 1402⁄
𝜎𝑚𝑎𝑥 = 53[𝑀𝑃𝑎]
Luego:
• 𝑆𝑦 Esfuerzo permisible del material (AISI 304 =310[MPa])
• 𝑛 Factor de seguridad
Ecuación 6: Factor de seguridad
𝜎 = 𝑆𝑦 𝑛⁄
𝑛 = 6
42
Se queda demostrado que el diseño está sobredimensionado; no se llegara a los
valores máximos que brinda el material debido a que este módulo está enfocado a
fines didácticos, y por ende las fuerzas a las que van a estar sometidos los
elementos son muy pequeños; a diferencia de las fuerzas involucradas en la
industria.
3.2.3 ELEMENTOS TENSORES
Estos elementos hacen que la cinta trasportadora tenga un templado correcto con
lo que se obtiene una buena superficie de contacto con los rodillos y por ende se
trasmite de manera correcta el giro del motor.
Para este caso se usaran tensores hechos de “duralon” o por su nombre NYLON
POLIAMIDA como se muestra en la siguiente ilustración los tensores número (2)
son giratorios mientras que el (1) es fijo.
Figura 32: Tensores
Fuente: El autor
Este es un material de muy buena resistencia y durabilidad al desgaste y a la
abrasión, sin sobrepasar los límites del esfuerzo. También ofrece la alternativa de
ser aplicado en combinación con metales u otros termoplásticos. Además es
antiadherente, ignífugo y un excelente dieléctrico, también ofrece un amplio
margen de temperaturas de utilización.
Además la banda trasportadora cuenta con dos tornillos de ajuste que moverán
horizontalmente al rodillo conducido de la banda para que de esta manera pueda
tener un buen templado la cinta trasportadora. Así:
1
2 2
43
Figura 33: Tornillos de ajuste de templado
Fuente: El autor
3.2.4 CINTA TRASPORTADORA
La cinta trasportadora tiene una dimensión de 5 cm de ancho por 2m de largo;
está fabricado de poliéster entretejido, el cual es un material barato y se arruga
poco, dicha característica deseable en la cinta trasportadora ya que se requiere
de una superficie lo más uniforme posible para el adecuado transporte de los
materiales.
Figura 34: Cinta transportadora
Fuente: El autor
De la figura 31 se tiene que para el caso la fuerza de tensión que soporta la cinta
es de 142.50 [N] entonces es necesario saber si la costura (hilo Nro. 60) que une
los dos extremos de la cinta van a soportar la fuerza en cuestión.
44
El hilo que está presente en la costura es nylon bondeado Nº 60; la costura tiene
12 puntadas y cada una de estas el hilo sujeta a la cinta 2 veces (24). Por lo tanto
la resistencia del hilo se tiene de multiplicar el número de veces que el hilo sujeta
a la costura multiplicada por la resistencia del material; para esto se remite a
Entonces como se visualiza en la anterior figura la resistencia del hilo en cuestión
es de 3240 [cN]; luego se tiene que:
Ecuación 7: Resistencia de costura
𝑅 = 24 ∗ 3240
𝑅 = 77760[𝑐𝑁]
Como conclusión se tiene que la costura va a soportar la fuerza de 142.50 [N], ya que la
fuerza que pude soportar la costura en mayor.
45
3.2.5 RODAMIENTOS
La elección de los rodamientos se lo hace en función del tamaño del eje, de los
esfuerzos radiales, en este caso a la fuerza ejercida por los rodillos de la banda
trasportadora, al número de horas de uso y básicamente a la disponibilidad del
mercado, que juega un papel importante a la hora de elegir el rodamiento.
Se necesita rodamientos más comunes (de bolas, 1 hilera), para soportar:
𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑟𝑜𝑑𝑖𝑙𝑙𝑜 = 0.333 [𝐾𝑔] ∗ 9.8 [𝑚/𝑠2]
𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑟𝑜𝑑𝑖𝑙𝑙𝑜 = 3.26 [𝑁]
Además es necesario saber la vida nominal:
Figura 36: tabla de valores de vida nominal para rodamientos
Fuente: Catalogo general SKF página 72.
De la anterior ilustración se elige la vida nominal de h=3000 horas de uso.
46
𝐿𝑑 = (ℎ) ∗ (𝑟𝑝𝑚) ∗ 60𝑚𝑖𝑛ℎ
𝐿𝑑 = (3000) ∗ (38) ∗ 60𝑚𝑖𝑛ℎ = 6.84𝑥106 [𝑟𝑒𝑣]
Luego para cargas radiales se tiene que K=3, entonces la carga será:
Ecuación 8: carga de rodamiento
𝐶 = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑟𝑜𝑑𝑖𝑙𝑙𝑜 ∗ 𝐿𝑑106
1𝑘
𝐶 = 3.26 ∗ 6.84𝑥106
10613
= 2.87 [𝑁]
Lo que nos indica que es una carga radial pura y al determinar la carga requerida
C que es la misma para los dos rodillos de la banda trasportadora; se verifica que
en el catálogo SKF de rodamientos rígidos de una hilera de bolas páginas de 304
a 306; los rodamientos que más se acoplan a los ejes usados son los de código
61804 y 61805 y además soportan una carga superior a la requerida (4.03 kN –
4.36 kN).
Figura 37: Rodamientos de bolas
Fuente: Catalogo Rodamientos de bolas y rodillos NTN página A5.
47
3.2.6 MOTOR ELÉCTRICO
El motor seleccionado es un motor eléctrico es de 24 Volts de corriente continua
marca YDK con etapa reductora de 4:1; la corriente nominal sin carga que
consume es de 0.5 [A] que en contraposición cuando esta con carga consume 2
[A]; además que como se ha demostrado en el apartado 3.2.2 la potencia de este
motor es 48 [W], características suficientes para la presente aplicación. Como se
muestra en la siguiente ilustración el motor es:
Figura 38: Motor 24 VDC
Fuente: El autor
3.3 DIMENSIONAMIENTO DE ELEMENTOS NEUMÁTICOS
“Como regla los componentes neumáticos se diseñan para una máxima presión
de operación de 800 – 1000 kPa (8 – 10 bar) pero en la práctica se recomienda
operar entre 500 – 600 kPa (5 y 6 bar) para uso económico. Debido a las pérdidas
de presión en el sistema de distribución el compresor debería entregar presiones
entre 650 – 700 kPa (6.5 y 7 bar).” (Croser & Ebel, 2002).
3.3.1 ESPECIFICACIÓN TÉCNICA
Para el dimensionado de los actuadores neumáticos se requiere conocer el valor
de la carga o efecto útil a realizar. Se puede tener una carga lineal, en cuyo caso
se debe conocer o poder estimar el valor de la fuerza que dicha carga opone al
movimiento.
48
Los parámetros principales y simplificaciones de partida para los cálculos serán
los siguientes:
3.3.1.1 Instalaciones:
Suministro neumático disponible.
Layout de la planta (laboratorio FICA-CIME) y modulo sin problemas de espacio.
Tomas y conexiones disponibles donde fuese necesario.
3.3.1.2 Trabajo:
Se trasportara y clasificará cubos de madera de 50 x 50 x 50 [mm] pintados de
blanco o negro.
De lo cual se obtiene un volumen de:
Ecuación 9: Volumen de un cubo
𝑉 = 𝑙 × 𝑙 × 𝑙
𝑉 = 125[𝑐𝑚2]
Además una masa de 0.05 [Kg];
Entonces su peso será:
Ecuación 10: Peso
𝑃 = 𝑚 × 𝑔
𝑃 = 0.49[𝑁]
en harás de facilitar los cálculos se usara el valor 0.50 [N]
3.3.1.3 Actuadores:
Cilindro 1.0: Dosificador de piezas.
Cilindro 2.0: Clasificador de piezas.
49
Cilindro 3.0: Estampador de piezas.
3.3.2 SELECCIÓN DE CILINDROS
3.3.2.1 Selección de cilindro 1.0: dosificador de piezas
Este cilindro es el encargado de “empujar” una pieza (cubo de madera) a la vez
hasta ubicarla en la cinta transportadora para que según el caso sea clasificada o
estampada mediante el respectivo cilindro; así que la fuerza necesaria del
cilindro1.0 para realizar este trabajo:
Ecuación 11: Fuerza rozamiento
𝐹 = 𝜇 × 𝑝
Donde m es la fuerza de rozamiento estática y p es el peso en este caso del
cubo de madera. Teniendo en cuenta que la fuerza de rozamiento es despreciable
la fuerza en 0.50 [N].
Además se toma en cuenta que la carrera necesaria es de 50 [mm] o superior.
Tabla 6: Comparativo de cilindros normalizados.
Ø EMBOLO
[mm]
FUERZA NETA
[N] a P=6 bar
LONGITUDES DE CARRERAS
NORMALIZADAS [mm]
6 15 10, 25, 40, 80
12 60 10, 25, 40, 80, 140, 200
16 106 10, 25, 40, 80, 140, 200, 300
Fuente: Extracto de Tabla 2 Para selección cilindro1.0
Se observa que para cilindros normalizados, el primero puede realizar la fuerza
necesaria pero no existe de la longitud necesaria además de que este cilindro no
es común en el mercado local, con lo que pasamos al segundo, de diámetro de
émbolo 12 pero con la novedad de que existe en el mercado una carrera de
60mm. Así queda seleccionado el cilindro 1.0 ya que la fuerza es superior a la
50
requerida; de igual manera su carrera y también se puede encontrar en el
mercado local. Ahora bien se hace necesario que dicho cilindro disponga de anillo
magnético para el reconocimiento de posición.
Tabla 7: Datos Técnicos Cilindro 1.0
MARCA CHANTO
MODELO MSR12x60
TIPO Doble acción con anillo magnético estándar;
diámetro 12mm y carrera 60mm
PRESIÓN De 0.07 a 0.97 Mpa máximo
TEMPERATURA DE TRABAJO
-10 a 70°C
FLUIDO Aire comprimido
CONEXIONES M5
RANGO DE VELOCIDAD 50 a 500 mm/s
MONTAJE Pie de sujeción
Fuente: Manual de usuario CHANTO
Figura 39: Cilindro 12x60mm
Fuente: El autor
51
A. Calculo de consumo de aire del cilindro 1.0
Con los siguientes datos se procede a calcular el caudal requerido por el cilindro
Entonces se tiene:
Q Caudal requerido por el cilindro en [L/min]
𝐿 Carrera del pistón = 60 [mm]
𝐷 Diámetro de la camisa = 12 [mm]
𝑝 Presión relativa de trabajo = 5 [bares]
n Número de ciclos por minuto = 25
Ecuación 12: Consumo de aire en cilindros
𝑄 = 1.41𝜋 × 𝐷2 × 𝐿 × (𝑝 + 1.013)
4 × 106
𝑄 = 1.413.14 × 122 × 60 × 25(5 + 1.013)
4 × 106
𝑄 = 1.41 4080325.67
4 × 106
𝑄 = 1.44 𝑙
𝑚𝑖𝑛
3.3.2.2 SELECCIÓN DEL CILINDRO 2.0: ESTAMPADOR DE PIEZAS
La función de este cilindro al ponerse en funcionamiento es la activar el sello de
caucho para así poner el estampado en la pieza.
Para activar el sello es necesaria una fuerza de 5.88 N (0.6Kg x 9.8 m/s2).
Además de una carrera de 25mm y con anillo magnético.
52
Tabla 8: Comparativo 3 de cilindros normalizados
Ø EMBOLO
[mm]
FUERZA NETA
[N] a P=6 bar
LONGITUDES DE CARRERAS
NORMALIZADAS [mm]
6 15 10, 25, 40, 80
12 60 10, 25, 40, 80, 140, 200
16 106 10, 25, 40, 80, 140, 200, 300
Fuente: Extracto Tabla 2 Para selección cilindro2.0
Para este caso no existe la disponibilidad en el mercado local del cilindro de
diámetro de embolo 6 ni de embolo 12; existiendo solo el de diámetro 16 con las
demás características necesarias.
Tabla 9: Datos técnicos de Cilindro 2.0
MARCA AIRTAC
MODELO MI16x25-S-CA
TIPO ACCIÓN Doble acción con anillo magnético estándar;
diámetro 16mm y carrera 25mm.
PRESIÓN De 14 a 145 PSI máximo
TEMPERATURA DE TRABAJO
-20 a 70°C
FLUIDO Aire comprimido filtrado
CONEXIONES M5
RANGO DE VELOCIDAD 30 a 800 mm/s
MONTAJE Pie de sujeción
53
Fuente: Guía de usuario AIRTAC
Figura 40: Cilindro 16x25mm
Fuente: El autor
A. Calculo de consumo de aire del cilindro 2.0
Con los siguientes datos se calcula el caudal requerido por el cilindro 2.0
Así entonces se tiene:
Q Caudal requerido por el cilindro
L1 Carrera del pistón = 25 [mm]
Di Diámetro de la camisa = 16 [mm]
p1=p2 Presión relativa de trabajo = 5 [bares]
n Número de ciclos por minuto = 25
Reemplazando los valores anteriores en la Ecuación 4 ,se tiene que:
𝑄 = 1.413.14 × 162 × 25 × 25(5 + 1.013)
4 × 106
𝑄 = 1.07 𝑙
𝑚𝑖𝑛
54
3.3.2.3 Selección del cilindro 3.0: clasificador de piezas
Este cilindro tiene por finalidad que según sea el caso luego de detectarse si la
pieza es blanca o negra empujar la pieza hacia un recipiente o cesto ubicado en
la parte lateral de la banda trasportadora.
De igual manera la fuerza necesaria en la misma que la del Cilindro1.0 pero con
el único cambio de que la carrera necesaria es de 100[mm]. Así que se procede a
ubicar en el siguiente extracto el diámetro del embolo 12 ya que en el de 6 no
existe la carrera requerida. Además cumple con la fuerza requerida en
sobredimensión y el problema de la carrera se soluciona consultando la
disponibilidad en el mercado y efectivamente existe una carrera de 100[mm].
Tabla 10: Comparativo 2 de cilindros normalizados
Ø EMBOLO
[mm]
FUERZA NETA
[N] a P=6 bar
LONGITUDES DE CARRERAS
NORMALIZADAS [mm]
6 15 10, 25, 40, 80
12 60 10, 25, 40, 80, 140, 200
Fuente: Extracto Tabla 2 Para selección cilindro3.0
Tabla 11: Datos técnicos de cilindro 3.0
MARCA CHANTO
MODELO MSR12x100
TIPO ACCIÓN Doble acción con anillo magnético estándar;
diámetro 12mm y carrera 100mm
PRESIÓN De 0.07 a 0.97 Mpa máximo
TEMPERATURA DE TRABAJO
-10 a 70°C
55
FLUIDO Aire comprimido
CONEXIONES M5
RANGO DE VELOCIDAD 50 a 500 mm/s
MONTAJE Pie de sujeción
Fuente: Manual de usuario CHANTO
Figura 41: Cilindro 12x100mm
Fuente: El autor
A. Calculo de consumo de aire del cilindro 3.0
Con los siguientes datos se calcula el caudal requerido por el cilindro 3.0
Así entonces se tiene:
Q Caudal requerido por el cilindro
L1 Carrera del pistón = 100 [mm]
Di Diámetro de la camisa = 12 [mm]
p1=p2 Presión relativa de trabajo = 5 [bares]
n Número de ciclos por minuto = 25
Reemplazando los anteriores valores en la Ecuación 4; se tiene que:
56
𝑄 = 1.413.14 × 122 × 100 × 25(5 + 1.013)
4 × 106
𝑄 = 1.413.14 × 162 × 25 × 25(5 + 1.013)
4 × 106
𝑄 = 2.40 𝑙
𝑚𝑖𝑛
3.4 SELECCIÓN DE VÁLVULAS DE CONTROL DE CILINDROS
Como se vio en el Capítulo 1 las válvulas son esenciales debido a que son los
elementos encargados de distribuir el aire comprimido hacia los elementos
actuadores que en este caso son los cilindros de doble efecto.
Debido a la selección de los cilindros de doble efecto es necesario comandarlos
por medio de válvulas de 2 vías y 5 posiciones pilotadas por solenoide que
también tienen las siguientes características técnicas:
Tabla 12: Datos técnicos de electroválvula
MARCA CHELIC
MODELO SV-5101
TIPO 5/2 distribuidor monoestable ,pilotada por solenoide
y retorno por muelle
PRESIÓN 135 PSI máximo
TEMPERATURA DE TRABAJO
5 – 60°C
SELENOIDE AMISCO 24VDC – 2.4W
CONEXIONES G 1/8
57
MONTAJE Por tornillos (modelo sin base)
Fuente: Guía de usuario CHELIC
Figura 42: Válvula 5/2
Fuente: El autor
3.5 ELEMENTOS DE REGULACIÓN DE CAUDAL
Estos elementos nos servirán para controlar la velocidad de los cilindros, tanto en
la carrera de avance como en la de retroceso.
Tabla 13: Datos técnicos Regulador de caudal.
MODELO MS04M BANJO
TAMAÑO DE CONEXIÓN Conector roscado M5 a conector
rápido para tubo de 4mm
MONTAJE Directo al cilindro
MATERIAL Cuerpo y tornillo de registro de latón,
guarniciones de NBR
FLUIDO DE TRABAJO Aire comprimido filtrado
Fuente: Guía de usuario BANJO
58
Figura 43: Regulador de caudal
Fuente: El autor
3.6 ELEMENTOS ADICIONALES
3.6.1 CONECTOR RECTO
Indispensables para conexión de los diferentes elementos (válvulas cilindros) y
así garantizar el flujo del aire comprimido desde las válvulas hacia los actuadores
(cilindros).
Tabla 14: Datos Técnicos conectores rectos
MODELO M4MTTC
TAMAÑO DE CONEXIÓN Conector roscado1/8 a conector
rápido para tubo de 4mm
MATERIAL Acero inoxidable
Fuente: Guía de usuario CONEK
59
Figura 44: Conector recto
Fuente: El autor
3.6.2 SILENCIADORES
La función principal de estos elementos es que reducen en parte el ruido que
produce el aire comprimido cuando escapa a la atmosfera después de
conmutarse las válvulas.
Tabla 15: Datos Técnicos Silenciadores
MODELO SPV-01TTC
TAMAÑO DE CONEXIÓN Conector roscado1/8
MATERIAL Plástico
FILTRO Pellets plásticos
Fuente: Guía de usuario BANJO
60
Figura 45: Silenciadores
Fuente: El autor
3.6.3 PIE DE SUJECIÓN DE CILINDRO
Estos elementos son los encargados de fijar a los cilindros neumáticos para que
realicen el trabajo.
Tabla 16: Datos técnicos Pies de sujeción
ELEMENTO Pie de sujeción para cilindros
TAMAÑO CONEXIÓN Para cilindros de diámetro 12mm y 16mm
MONTAJE Por tornillos
MATERIAL Acero Inoxidable
Fuente: Guía de usuario CHANTO
Figura 46: Pie de sujeción
61
Fuente: El Autor
3.6.4 TUBERIA
Es el elemento por el cual se hace efectiva la conducción del aire comprimido
hacia los diferentes elementos ya sea de distribución o trabajo.
Tabla 17: Datos técnicos tubería
ELEMENTO Tubería Poliuretano
PRESIÓN MAXIMA 10 Bar
DIAMETRO 4mm
COLOR AZUL MANTOYA
Fuente: Catalogo MANTOYA
Figura 47: Tubería
Fuente: El Autor
3.7 SELECCIÓN DE LA UNIDAD TÉCNICA DE MANTENIMIENTO
Es el elemento que regula la presión de trabajo y purga de impurezas al aire para
obtener un buen desempeño de los elementos neumáticos; de acuerdo a las
dimensiones de este módulo no es necesaria la utilización de un lubricador por lo
que se resuelve usar una unidad de mantenimiento FR (Filtro Regulador), con las
siguientes características.
62
Tabla 18: Datos técnicos unidad FR.
MODELO NFR-200-02
MARCA CHELIC
TIPO UTM (Filtro, Regulador)
PRESIÓN MAXIMA 135 PSI
TEMPERATURA 5-60°C
CONEXIÓN G1/4
MONTAJE Tornillos a escuadra de sujeción
FILTRO 5 micras
Fuente: Catalogo CHELIC
Figura 48: UTM con manómetro
Fuente: El Autor
63
3.8 CAÍDA DE PRESIÓN EN LOS ELEMENTOS DEL SISTEMA
Para obtener un valor se necesita verificar según las hojas de datos del fabricante para cada elemento involucrado en este presente módulo con lo que se obtiene la siguiente tabla:
Tabla 19: Caídas de presión del sistema
ELEMENTO CAIDA DE PRESIÓN (Bar)
CANTIDAD Subtotal (Bar)
Electroválvulas 5/2 0.08 4 0.32
Reguladores de caudal
0.03 6 0.18
FRL 0.45 1 0.45
Tubería 0.01/m 4m 0.04
TOTAL 0.99
Fuente: Datos técnicos del fabricante
3.9 PRESIÓN NECESARIA PARA EL MÓDULO
El valor de la presión mínima que se debe tener el suministro de aire comprimido
ósea el compresor para el correcto funcionamiento del módulo se obtiene de la
suma de la presión de trabajo normal y la caída de presión debida a los elementos
constitutivos que pudiesen tener pérdidas. Así:
Ecuación 13: Presión requerida
𝑃𝐸 = 𝑃𝑆 + ∆𝑃
Dónde:
𝑃𝐸 Presión mínima a la entrada de la UTM
𝑃𝑆 Presión del sistema = 5 [bar]
∆𝑃 Perdidas del sistema = 0.99 [bar]
64
𝑃𝐸 = 5[𝑏𝑎𝑟] + 0.99[𝑏𝑎𝑟]
𝑃𝐸 = 5.99 [𝑏𝑎𝑟]
3.10 CAUDAL REQUERIDO POR EL MÓDULO DIDÁCTICO
Este valor se obtiene de sumar todos los caudales necesarios de cada elemento
neumático de trabajo involucrado es decir los cilindros actuadores; este valor se
deberá suministrar como mínimo al módulo para su correcto funcionamiento. Los
siguientes datos son los que se demuestran en el apartado 3.3.2 para el consumo
de cada cilindro.
Ecuación 14: Sumatoria de caudal
𝑄𝑇 = 𝑄
𝑄𝑇 = 1.07 𝑙
𝑚𝑖𝑛 + 1.44
𝑙𝑚𝑖𝑛
+ 2.40 𝑙
𝑚𝑖𝑛
𝑄𝑇 = 4.91 𝑙
𝑚𝑖𝑛
3.11 DISEÑO ELECTRÓNICO Y DE AUTOMATIZACIÓN
3.11.1 DISEÑO NEUMÁTICO DEL MÓDULO DIDÁCTICO
El esquemático de control de los tres cilindros queda de la siguiente manera.
Cada cilindro esta comandado por una válvula de 5/2(cinco vías dos posiciones)
que se activa a través de solenoide y la rapidez del desplazamiento del vástago
se lo regula mediante sus respectivos reguladores de cauda
Figura 49: Esquema neumático de mando del módulo.
65
Fuente: El Autor
3.11.2 PROGRAMACIÓN DEL PLC
3.11.2.1 Identificación de entradas y salidas
Resulta indispensable la correcta identificación tanto de las entradas como las
salidas usadas del PLC para la posterior programación y su correcta conexión;
por lo tanto a continuación en la siguiente tabla se detalla:
Tabla 20: Identificación de entradas y salidas
E/S(Entradas/Salidas) DESCRIPCIÓN TAG ESPECIFICACIÓN